Wetenschappers hebben verbanden gevonden tussen de grootte van het zwarte gat in het centrum van een melkwegstelsel en de omvang van de “bobbel” in het centrum van een melkwegstelsel. Ook vonden ze verbanden tussen de grootte van de spiraalschijf en de hoeveelheid donkere materie. Wat echter ontbreekt, blijkt uit de nieuwste analyses, is een verband tussen de grootte van het zwarte gat in het centrum en de hoeveelheid donkere materie.
Dat is vreemd. Immers: als er vijf keer zoveel donkere materie is als zichtbare materie (wat de meeste kosmologen geloven), zou je verwachten dat er veel meer donkere materie dan zichtbare materie door zwarte gaten opgeslokt zou worden, m.a.w. dat er een sterk verband bestaat tussen de hoeveelheid donkere materie en de grootte van de zwarte gaten.
NGC 2998 kent nauwelijks een bobbel. Een mooie test om vast te kunnen stellen of donkere materie misschien iets te maken heeft met zwarte gaten.
In een nieuwe analyse hebben de Duitse astronomen John Kormendy en Ralf Bender aan het Duitse Max Planck Instituut voor buitenaardse fysica het antwoord gevonden. Ze bestudeerden zes naburige melkwegstelsels die wel een zwart gat bevatten maar geen bobbel, zoals de hier getoonde NGC 2988. Ze deden dit om te kunnen vaststellen of bij het ontbreken van de gebruikelijke correlatie met een bobbel (zoals bij deze zes ontbrak), zwarte gaten wellicht worden verklaard door de hoeveelheid donkere materie. Voorlopige conclusie: een dergelijke correlatie is afwezig. Hoeveel donkere materie ook aanwezig is, het heeft geen invloed op de grootte van zwarte gaten. Er bestaat slechts een correlatie met het melkwegstelsel zelf: hoe groter het melkwegstelsel, hoe groter het zwart gat.
Dit is uiteraard koren op de molen van de aanhangers van de zwaartekrachtstheorie MOND, modified Newtonian dynamics. Volgens hen bestaat er helemaal geen donkere materie. De reden dat er iets als donkere materie lijkt te bestaan, heeft domweg te maken met het gedrag van de zwaartekracht, dat volgens MOND heel anders is op enorme afstanden zoals die in de Melkweg. De implicaties van het niet bestaan van donkere materie zouden enorm zijn. Bestaat er niet iets als donkere materie, dan kunnen heel wat kosmologische theorieën op de schroothoop. Onze voorspellingen over hoe het heelal er in de verre toekomst uit zal zien, kloppen dan bijvoorbeeld niet meer.
Goed nieuws voor hen die zich zorgen maken over het exploderende energiegebruik van stroomvretende computers en serverparken. Omkeerbare rekenlogica kan in theorie het energieverbruik van een computer terugbrengen tot nul. Helaas zitten er nog heel wat haken en ogen aan het in de praktijk brengen van dit idee, maar de gevolgen zouden enorm verstrekkend zijn. Ook in de verre toekomst. Leven kan dan namelijk bestaan zonder energieverbruik…
Computers slechts voor 0,000001% efficiënt
Op dit moment is de discussie academisch. Op dit moment wordt slechts een honderdmiljoenste deel (dat is een één met acht nullen er achter) van het totale vermogen van een computer gebruikt om de daadwerkelijke berekening te produceren. De rest is in feite overbodig: weerstand, bewegende mechanische onderdelen en dergelijke.
Rekenen, wanorde en warmte
Informatie staat gelijk aan wanorde (entropie, zegt een natuurkundige). Een maat voor wanorde is namelijk hoeveel informatie je nodig hebt om een systeem te beschrijven.
Je kan een bak met een laag van duizend witte knikkers onder een laag van duizend zwarte knikkers in minder woorden precies beschrijven dan een bak waarin de zwarte en witte knikkers lukraak door elkaar liggen. Anders geformuleerd: stel dat je bak met knikkers een bepaalde boodschap bevat, bijvoorbeeld in morse-code. waarbij één zwarte knikker staat voor een punt en twee zwarte knikkers voor een streep. Hoe langer de boodschap in je bak, hoe wanordelijker de knikkers door elkaar lijken te liggen.
Het verband gaat nog dieper: de entropie is maximaal als je je informatie optimaal gecomprimeerd hebt. Vandaar dat het begrip entropie niet alleen in de natuurkunde, maar ook in de informatietechniek opduikt.
Vallende suikerkorrel drijft pc aan
Hoe kleiner computers worden, hoe dichter de thermodynamische limiet wordt benaderd, dus een hoe groter percentage van alle energie die een computer gebruikt, daadwerkelijk in een berekening terecht komt. Stel je bereikt die limiet, dan kan je een computer met het rekenvermogen van een moderne pc laten lopen op minder dan een microwatt vermogen (het vermogen dat nodig is om een flinke suikerkorrel in de lucht te houden). Je zou dan door te trappen op een hometrainer een tiende van alle pc’s in de hele wereld van energie kunnen voorzien.
De enorme supercomputer Columbia van NASA slurpt nu nog megawatts aan energie. Dit wordt anders, stellen informatietheoretici Himanshu Thapliyal en Nagarajan Ranganathan.
Houd je vast. Je kan namelijk het energieverbruik terugbrengen tot precies de informatieinhoud van het eindresultaat door vanuit alle resultaten waar je niets aan hebt, weg te gooien. Ja, u leest het goed. Een energietechnisch gezien gratis berekening. Vergelijk het met een magische fabriek waar je afval ingooit en kant en klare auto’s, kleding en huisraad voor terugkrijgt (en alleen het energieverschil tussen het afval en de producten hoeft te betalen).
Terugrekenen en logisch omkeerbare poorten
Het geheim: inverse computing, terugrekenen. Dat kan met omkeerbare logische poorten (logische poorten zijn de basiselementen van iedere computer).
Op dit moment bestaan die omkeerbare poorten (m.u.v. de NOT-poort) nog niet. Een eis aan een omkeerbare poort is dat deze geen informatie weggooit. Standaard logische poorten zoals die in bestaande computers (bijvoorbeeld een OR-poort, die ‘waar’ zegt als ingangssignaal 1 of ingangssignaal 2 waar zijn) gooien informatie weg: stel je weet dat een OR-poort ‘waar’ zegt, dan weet je niet of de poort ja zegt omdat ingangssignaal 1 waar is of omdat inganggsignaal 2 waar is. Die informatie is verloren gegaan, weggegooid. Je kan dan niet meer terugrekenen. Al onze bestaande poorten gooien informatie weg en zijn dus onbruikbaar voor reverse computing.
Logische poorten
De computers zoals wij ze kennen doen in feite niets anders dan bits, die elk bestaan uit een nul of een één, met elkaar vergelijken. Dat vergelijken gebeurt in logische poorten. In de chips van een pc zitten er vijf: AND, OR, NOT, XOR en XNOR.
Een AND (en)-poort geeft een 1 (waar) als de eerste en de tweede bit allebei 1 (waar) zijn. Anders een nul (onwaar).
Een OR (of)-poort geeft een 1 als de eerste bit, de tweede bit of allebei bits 1 zijn.
Een XOR (exclusive OR, wat wij in het dagelijks leven met ‘of’ bedoelen) geeft een één als de eerste bit verschilt van de tweede bit (dus nul en een of een en nul), anders een nul.
De XNOR (exclusive not or) geeft juist een 1 als beide bits aan elkaar gelijk zijn en anders een nul.
De NOT-poort, tenslotte, kent maar één bit als invoer en keert die om. Dus nul wordt één en andersom. Bij alle poorten met uitzondering van NOT wordt er dus informatie weggegooid, je kan niet terugrekenen.
Foutcorrectie
Door de beginwaarden terug te berekenen van het eindresultaat kan wordt getoetst of de berekening wel klopt. Dat kan met inverse logische poorten. Goed nieuws is dat voor kwantumcomputers inverse poorten toch al vereist zijn. Het lijkt er dus op dat met de komst van kwantumcomputers we foutcorrectie en nul energieverbruik gratis meekrijgen.
Verre toekomst
Als alle sterren zijn opgebrand en er nauwelijks of geen vrije energie meer is, kan intelligent leven dus toch nog voortbestaan. In deze virtuele wereld zou het ervaren doorgaan alsof we nog in een reële wereld leven. Wel voor een prijs: er zou gemeten over de tijd niets veranderen, de kwantumstaat zou altijd hetzelfde blijven. Het leven zou voor eeuwig slapen tot het door een bepaald proces, een reiziger uit een ander heelal misschien, uit zij slaap wordt gewekt.
Een geliefd argument voor mensen die in een schepper geloven is aan vervanging toe.
Het blijkt dat de uitzettingssnelheid van het heelal niet optimaal is voor het ontstaan van intelligent leven. Als de kosmologische constante licht negatief was geweest, was het heelal gastvrijer geweest dan nu.
Van de drie mogelijke toekomsten van het heelal, instorting, langzamere uitzetting of een op hol geslagen uitzetting is de Big Rip, de derde optie, het waarschijnlijkst.
Volgens de laatste astronomische waarnemingen drijft het heelal steeds sneller uit elkaar. Dat is kosmologisch te beschrijven door een kosmologische constante labda ([latex]\Lambda[/latex]) in te voeren. Deze constante, ooit door Einstein de grootste blunder van zijn leven genoemd, nu een handig hulpmiddel om de steeds grotere afstand tussen big-bang theorie en waarneming te overbruggen. [latex]\Lambda[/latex] beschrijft de fractie waarmee de uitzettingssnelheid van het universum elke seconde groter wordt.
Dit getal [latex]\Lambda[/latex] is weliswaar erg klein, 10−35 s−2, maar omdat het om een versnelling gaat, een gestage toename van uitzettingssnelheid dus, betekent het dat de uitzettingssnelheid op een gegeven moment zo groot wordt dat zelfs atomen uit elkaar gerukt worden. We zullen dan misschien kunnen schuilen in zwarte gaten tot ook die de geest geven.
Erg gezond is het heelal in de verre toekomst dus niet. Ook nu leiden we een marginaal bestaan. Het blijkt uit berekeningen van Don Page, een theoretisch natuurkundige van de University of Alberta in Canada dat een licht negatieve kosmologische constante zelfs beter voor de kans dat zich melkwegstelsels (en dus leven) ontwikkelt uitpakt, dan een positieve constante zoals nu. Sterker nog: we zitten zelfs aan de uiterste grens voor leefbaarheid. Was de kosmologische constante ook maar iets groter geweest dan hadden zich uit de dunne slierten materie geen melkwegstelsels gevormd.
Toch is er ook goed nieuws voor universum-chauvinisten. De overige natuurconstanten, denk aan de sterkte van de elektromagnetische en zwaartekracht, blijken wel zeer nauwkeurig overeen te komen met de eisen die het leven aan de grootte stelt. Gelovige misantropen kunnen hieruit afleiden dat God een sadist is: hij heeft de constanten in dit heelal zo afgesteld dat het leven dat onvermijdelijk ontstaat, over een paar miljard jaar wreed uit elkaar wordt gerukt. Of dat God wil dat we een manier verzinnen om uit het universum te ontsnappen. Survival of the cleverest. Het heelal als kosmische IQ-test?
Of misschien vergissen de kosmologen zich en doen we hier aan smadelijke godslastering. Ze zaten er al vaker naast. Laten we dat laatste maar hopen…
Het is nog steeds niet zeker of de aardachtige exoplaneet Gliese 581 g wel bestaat, maar dat heeft astronomen, die over het algemeen dol zijn op science fiction, er uiteraard niet van weerhouden om te speculeren hoe de hypothetische planeet twintig lichtjaar ver er uit zou zien: als een kosmische oogbal.
Gliese 581 zelf is een rode dwergster. Dat betekent dat deze ster veel minder licht geeft dan de zon en dus dat bewoonbare planeten veel dichter bij de ster moeten staan dan de aarde bij de zon, in het geval van Gliese 581 g 22 miljoen kilometer (ter vergelijking: de aarde staat op 150 miljoen kilometer van de zon).
Oogbal aarde. Een ronde oceaan omgeven door dikke ijsmuren. Misschien ziet Gliese 581g er zo uit.
In het eerste scenario gaat astronoom/meteoroloog Raymond Pierrehumbert van de universiteit van Chicago uit van een stikstofatmosfeer zonder kooldioxide. In dit geval zal het ijs op het warmste punt smelten en kan zich eenvoudig leven ontwikkelen in de ondergrond.
Uit zijn berekeningen voor het tweede scenario volgt dat als de atmosfeer van Gliese 581g voor twintig procent uit het broeikasgas kooldioxide bestaat, de planeet voor het grootste deel uit ijs zal bestaan met een grote ronde oceaan met een doorsnede van ongeveer een kwart planeetomtrek recht tegenover de zon. Kortom: een oogbol met een blauwe iris.De odeaan strekt zich onder de ijskap die de rest van de planeet overdekt, uit over de rest van de planeet.
Intelligente wezens die een eiland in deze oceaan bewonen zullen hun oceaan waarschijnlijk als het centrum van het universum beschouwen. Immers: hun wereld wordt afgesloten door enorme ijsmuren waarachter onherbergzame duistere ijsvlakten schuilgaan. Ongeveer zoals de Flat Earth Society de aarde ziet.
Uiteraard kan de planeet zich ook ontwikkelen tot een super-Venus. Dit is het geval bij grote hoeveelheden CO2. In dat geval zou het broeikaseffect totaal uit de hand lopen en zou de planeet, net als bij Venus gebeurd is, droogkoken.
Uitsterfgolven komen elke 26 miljoen jaar voor. Wat is de oorzaak van deze periodieke natuurramp?
Vandaar dat tot voor kort veel wetenschappers geloofden dat er een oorzakelijk verband is. Op dit moment overheerst de scepsis in de wetenschappelijke gemeenschap: juist op de punten waar de invloed van de Melkweg het sterkst is, in het galactische vlak, vindt geen uitstervingsgolf plaats. In new-age kringen gelooft men juist dat het feit dat de aarde nu vlak in de buurt is van het galactische vlak zal leiden tot massale spirituele groei of juist een vernietigende ramp. Men vergeet te verklaren hoe het kan dat dat drie miljoen jaar geleden niet gebeurd is (tenzij je de eerste homo erectus als zodanig ziet). Toen bevond de aarde zich namelijk precies in het galactische vlak…
De melkweg als draaimolen
De zon draait met de rest van het zonnestelsel om de kern van de melkweg. Eén rotatie, een galactisch jaar, duurt tweehonderd tot tweehonderdvijftig miljoen jaar. Anders geformuleerd: een kwart galactisch jaar geleden liepen er nog grote dino’s rond in onze achtertuin (wat Nederland betreft: zwommen er mosasaurussen). De zon blijft niet braaf in het galactische vlak hangen. Natuurkundige berekeningen en astronomische waarnemingen wijzen er samen op dat de zon een soort golfbeweging maakt: drie keer per galactisch jaar duikt de zon onder het galactische vlak en drie keer per jaar staat de zon er juist boven. De beweging van de zon heeft dus veel weg van de beweging van de bekende kermisattractie waarbij bezoekers een op en neer golvende beweging maken terwijl ze ronddraaien. De vraag is dus: wat zorgt er voor dat just op het moment dat de zon het verst verwijderd is van het galactische vlak, er massale uitsterving optreedt?
Ecliptica beschermt tegen kosmische rampen?
We weten uit metingen dat bij het bereiken van elke maximale uitwijking de aarde wordt getroffen door een vernietigende natuurramp. Van de laatste grote uitsterving, de Krijt-Tertair massaextinctie die een einde maakte aan de dino’s, is de Chicxulub meteoriet als dader aangewezen. Ook het hoge gehalte aan iridium in de Krijt-Tertair grenslaag in gesteente wijst erop dat er een buitenaardse boosdoener verantwoordelijk was. Er zijn in de loop der jaren verschillende theorieën ontwikkeld om te verklaren hoe de positie van de zon ver uit het galactische vlak tot uitstervingen kan leiden.
Zo ziet de Melkweg er denken astronomen van boven uit.
1. Oortwolk wordt gedestabiliseerd door grote afstand van de galactische schijf – Volgens deze theorie zorgt op een gegeven moment de grote afstand van het zonnestelsel tot de galactische schijf er voor dat de omloopbanen van de brokken puin in de Oortwolk instabiel worden. Het vlak van het zonnestelsel staat voor een groot deel (62 graden) recht op het vlak van de melkweg, waardoor de aantrekkingskracht van de Melkweg de omloopbanen uit evenwicht brengt. Het gevolg: sommige brokken belanden in de binnenste regio’s van het zonnestelsel met uiteindelijk akelige gevolgen voor het leven op aarde. Pre: een duidelijk werkingsmechanisme. Nadeel: de uitsterfpieken zouden in dit geval onregelmatiger moeten zijn dan nu.
2. Verhoogde kosmische straling leidt tot massale uitstervingen – Volgens sommige onderzoekers is het onjuist om meteorietinslagen of vulkaanuitbarstingen alleen de schuld te geven van de massale uitsterfgolven. Zij denken dat op een of andere manier het galactische vlak ons beschermt tegen de heftige straling aan de randen van de galactische schijf – tot het zonnestelsel zich aan de rand van de galactische schijf bevindt. Inderdaad weten we uit recent onderzoek dat interstellair gas en stof veel gammastraling wegvangt. Volgens andere theorieën is de extreem krachtige kosmische straling die we soms meten afkomstig van geladen deeltjes die door het galactische magnetische veld rond de schijf van de Melkweg worden gejaagd. Als de aarde zich in de baan hiervan bevindt, is het voorstelbaar dat dit erg nare gevolgen heeft voor de meeste levende wezens. Hoewel dit de regelmaat mooi verklaart, pleit hier tegen dat in principe de atmosfeer en het aardmagnetisch veld – om niet te spreken over de heliosfeer, het zonnemagnetisch veld en invloedssfeer van de zon – goed beschermen tegen kosmische straling.
In de Krabnevel is een nieuw, extreem energierijk proces ontdekt. Elektronen worden versneld tot duizend maal de energie die we in onze beste deeltjesversneller kunnen opwekken. De flitsen duren erg kort, enkele dagen. Dus moet een proces in heel korte tijd extreem veel energie in de elektronen pompen. Op dit moment zijn er geen astrofysische mechanismen bekend die dit proces kunnen verklaren. Nieuwe natuurkunde?
Krabnevel ontstond uit supernova
In het jaar 1054 vlamde een nieuwe ster aan de hemel op. Europa leefde in die tijd in de donkere, door oorlogen en armoede geteisterde middeleeuwen en mensen hadden wel wat anders aan hun hoofd dan de sterrenhemel in de gaten houden.
De Krabnevel. Duizend jaar geleden stond hier nog een enkele ster.
Chinese en Arabische astronomen namen de nieuwe ster in het sterrenbeeld Stier wel waar en beschreven deze gebeurtenis in hun annalen.
Na een paar weken was de supernova – want dat was het – niet meer zichtbaar met het blote oog.
In de bijna duizend jaar na de explosie heeft de gaswolk van de supernova zich uitgebreid tot wat we nu kennen als de Krabnevel.
Pulsars: kosmische vuurtorens
In de Krabnevel bevindt zich ook een van de eerst ontdekte snel ronddraaiende neutronensterren, pulsars – zeer snel ronddraaiende bollen massief opeengepakte neutronen. De Krabnevelpulsar pulseert elke 0,033 seconden.
Wat zijn neutronensterren en pulsars?
Neutronensterren ontstaan als een heel zware ster uit is gebrand en door de zwaartekracht wordt samengeperst tot een neutronenster. Alle sterren draaien: de zon bijvoorbeeld een keer per maand. Als een ster van miljoenen kilometers doorsnede wordt samengeperst in een klein bolletje zoals een neutronenster, moet de rotatiesnelheid met miljoenen malen toenemen om de hoeveelheid rotatie-energie gelijk te houden. Eén rotatie per maand wordt dan honderden rotaties per seconde.
Een pulsar is een zeer snel, regelmatig röntgensignaal waarvan astronomen denken dat het een snelle rondtollende neutronenster is. Een neutronenster bevat enkele zonsmassa’s samengepakt in een bol met een doorsnede van tien tot vijftien kilometer. De dichtheid van neutronensterren is extreem groot: een suikerklontje neutronenster weegt vermoedelijk evenveel als alle mensen bij elkaar.
We weten van het bestaan van pulsars omdat ze door hun snelle rotatie extreem krachtige magnetische velden opwekken. Deze magnetische velden bewegen door de snelle rotatie – bij sommige pulsars duizendsten van seconden – zeer snel.
Een snel veranderend magnetisch veld wekt altijd een sterk elektrisch veld op. Een fietsdynamo werkt op dit principe. De beweging van de magneet wekt stroom op en laat het fietslampje branden.
Een pulsar is als het ware een reuzendynamo. Het gevolg: elektronen worden in dit sterke elektrische veld opgezwiept tot bijna de lichtsnelheid. Zodra de elektronen op een atoom botsen, dumpen ze hun energie als bundel r̦ntgen- en gammastraling Рdie we waar kunnen nemen als deze over de aarde zwiept.
Pulsars zijn extreem regelmatig – astronomen dachten zelfs even dat het signalen van een buitenaardse intelligentie waren. Sommige pulsars zijn even nauwkeurig als atoomklokken.
Enorme energieuitbarstingen De pulsar produceert gewoonlijk al enorm veel energie – de Krabnevel zendt 75.000 maal zoveel energie uit als de zon.
Waarnemingen met de Chandra satelliet laten een enorme draaikolk rond de neutronenster zien. Verklaart dit misschien de flares?
Af en toe vlamt de pulsar, zo blijkt, nog veel feller op. Omdat de flitsen zo kort duren denken astronomen aan synchrotronstraling (straling die vrij komt als geladen deeltjes, elektronen dus, worden afgebogen) en wel van extreem energierijke elektronen.
Schattingen wijzen uit dat deze elektronen duizend keer zoveel energie hebben als wat wij in de LHC op kunnen wekken. De flitsen duren erg kort, enkele dagen. Dus moet een proces in heel korte tijd extreem veel energie in de elektronen pompen. Op dit moment zijn er geen astrofysische mechanismen bekend die dit proces kunnen verklaren. Nieuwe natuurkunde? Of is een creatieve herinterpretatie van de bestaande theorie mogelijk?
Leven met een aardse biochemie ontdekken is niet zo moeilijk. Er zijn bepaalde moleculen, denk aan het suikermolecuul glucose, die alleen in aardse organismen voorkomen. Maar hoe bepaal je of die veelbelovende borrelende moddervulkaan op een verre exoplaneet wordt veroorzaakt door een anorganisch proces of toch door leven met een totaal andere chemie dan dat op aarde? De Californische biochemicus Evan Dorn en zijn team vonden een methode, een chemische handtekening van het leven..
Meercellig leven op een gasreus heeft mogelijk veel weg van een ballon.
Buitenaards leven: zoeken naar een spook
Buitenaards leven kan net als het aardse leven op DNA gebaseerd zijn.
Het is alleen zeer de vraag of dat de enig denkbare mogelijkheid is. Zo is ons zonnestelsel extreem rijk aan zuurstof. Misschien dat er op andere planeten planten voorkomen die geen zuurstof uitstoten maar chloor (wat in theorie meer energie oplevert). Op zeer koude planeten komt er misschien leven voor dat niet in water zwemt maar in vloeibaar methaan of ammoniak. Misschien bestaan er levende rotsen, bestaande uit siliciumverbindingen die extreem traag leven en bewegen. Of, op een Io-achtige wereld, is zwavel het elixir van het leven.
De handtekening van het leven
Dorn en zijn team vergeleken buitenaardse bronnen van aminozuren (koolstofchondrieten, koolstofrijke meteorieten) met synthetisch geproduceerde en door aardse organismen geleverde mengsels van aminozuren. Aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten. Het bleek dat in de twee mengsels van anorganische oorsprong de verdeling van aminozuren exact gelijk is aan wat op grond van thermodynamische overwegingen verondersteld mag worden. Hoe meer energie het kost een bepaald aminozuur te maken, hoe minder het voorkomt. In organische mengsels wijkt de verdeling sterk af van het thermodynamisch verwachtte mengsel.
De aminozuurverdeling is heel anders bij levende organismen, dan bij anorganisch ontstane aminozuren. Bron: [1]Handtekening blijkt universeel
Het zou kunnen dat dit effect alleen bij leven met een aardse biochemie optreedt. Dus nam Dorn een tweede proef, deze keer met computergesimuleerd leven. Avida is een simulatiemodel waarin uit elementaire bouwstenen bestaand kunstmatig leven instructies uitvoert. Reeksen, ‘moleculen’, met de juiste instructies kunnen zichzelf kopiëren. Hierbij putten ze uit de voorraad rondzwervende bouwstenen. Dorn mat de frequenties waarin bouwstenen voorkwamen voordat en nadat evolutie was opgetreden.
De frequenties bleken na de evolutie sterk af te wijken van de ‘normale’ frequenties. Bepaalde ‘moleculen’ werden door het Avidaanse leven veel vaker opgenomen dan andere. Kortom: het lijkt hier te gaan om een universele eigenschap van leven. Leven zorgt er op de een of andere manier altijd voor dat chemicaliën in een andere verhouding voorkomen dan volgens thermodynamische berekeningen te verwachten is. Kortom: er is een duidelijek handtekening van het leven te ontdekken.
Op zoek naar planeten met leven We kunnen nu in principe in de atmosfeer van planeten op vele lichtjaren afstand ontdekken of er leven voorkomt. We hoeven slechts te letten op de relatieve sterkte van het spectrumsignaal voor bepaalde stoffen. Wijkt deze sterk af van wat te verwachten is op een anorganische wereld, dan is dit een definitief bewijs dat deze wereld leven bevat. Of het nu om een chloor-ademende kwal gaat, een zwaveletende schimmel of toch een op koolstof gebaseerde levensvorm, de methode werkt in principe op iedere op scheikunde gebaseerde levensvorm.
Het was een van de ontdekkingen die in 2010 natuurkundigen flink hoofdpijn bezorgden. Efraim Fischbach, onderzoeker aan Purdue Universiteit ontdekte op toevallige wijze iets wat tot nu toe door natuurkundigen als ketterij werd beschouwd: de radioactieve vervalsnelheid is niet altijd constant.
Uit onderzoek blijkt namelijk dat bepaalde radioactieve isotopen (silicium-32 en radium-226, het getal achter het streepje geeft het totale aantal kerndeeltjes aan) in de winter tienden van procenten sneller uit elkaar vallen dan in de zomer, m.a.w. hun halfwaardetijd in de winter is korter dan in de zomer. Fischbach verklaart dat uit de kleinere afstand tot de zon in de noordelijke winter (147 miljoen kilometer vergeleken met 152 in de noordelijke zomer waardoor naar schatting 3% meer zonneneutrino’s de aarde raken in januari dan in juli).
Volgens de bestaande natuurkundige theorieën beïnvloeden neutrino’s de genoemde reacties niet. Alleen de kans dat een atoomkern uit elkaar valt is bekend. Dit wordt de halfwaardetijd genoemd: de tijd waarin de helft van de atoomkernen uit elkaar gevallen is. Na twee keer de halfwaardetijd is driekwart uit elkaar gevallen enzovoort. Van zeer radioactieve stoffen is de halfwaardetijd een fractie van een seconde, van de vrij stabiele isotopen uranium-238 en thorium-232 bedraagt deze miljarden jaren.
Zonnevlammen na dalen radioactiviteit
Dertien december 2006 werd een tweede aanwijzing gevonden toen de vervalsnelheid van de kortlevende isotoop mangaan-54 anderhalve dag voor het begin van een zonnevlam tot tijdens de zonnevlam, met tienden van procenten daalde. Het effect bleek onafhankelijk van de stand van de zon.
De zonnevlam van vijf december 2006 was buitengewoon fel en spectaculair.
Een kilometer onder de Italiaanse granietberg Gran Sasso vindt het donkere-materie detectie-experiment DAMA plaats. In honderd kilo natrium-titaanjodide, een zout, wordt het aantal radioactieve reacties gemeten. Hier bleek in januari het aantal radioactieve reacties lager te liggen dan in juni. Wat zorgt er voor dat de hoeveelheid radioactieve reacties in de zomer hoger is dan in de winter?
Donkere materie
Volgens de meeste astronomen hangt er een onzichtbare halo donkere materie rond het melkwegstelsel. Deze halo bevat veel meer massa dan de zichtbare materie en verklaart waarom sterren vlak bij het galactisch centrum nauwelijks sneller ronddraaien dan sterren verder van het centrum.
De zon draait in ongeveer 225-250 miljoen jaar rond de kern van de melkweg. Op dit moment beweegt de zon met 220 km/s in de richting van de ster Wega in het sterrenbeeld Hercules. De omloopbaan van de aarde maakt een hoek van rond de zestig graden met de omloopbaan van de zon rond de melkweg. In juni beweegt de aarde het meest in de richting van Wega en veegt dan de meeste donkere materie op. In januari beweegt de aarde juist het meest tegen de beweging van de zon in waardoor minder donkere materie wordt geschept.
Vermindert donkere materie bepaalde vormen van radioactiviteit?
Het is niet logisch dat een kortere afstand tot de zon leidt tot een verhoogde radioactiviteit. Dit is ook ontkracht door metingen aan de plutoniumreactor aan boord van de ruimtesonde Cassini die nu Saturnus fotografeert: de radioactiviteit bleek niet verminderd ook op grote afstand van de zon. De correlatie met DAMA spreekt echter een heel andere taal. Toevallig stemmen de punten waarop de aarde maximaal tegen de galactische draairichting in beweegt en de zon het dichtst nadert, redelijk nauwkeurig overeen.
Volgens sommige modellen is donkere materie oneffen verdeeld. Het is mogelijk dat een zeer snel bewegende wolk donkere materie van enkele astronomische eenheden groot zorgde voor zowel magnetische explosies op de zon (door thermonucleaire reacties in de fotosfeer te verstoren) als een vermindering van de radioactiviteit op aarde.
Volgens een wetenschappelijke studie die uitgaat van ons vermogen om energie op te wekken, zullen we pas begin drieëntwintigste eeuw voldoende vermogen hebben om een verkenningsschip richting Alfa Centauri, onze dichtsbijzijnde buur, te sturen. De vraag: hebben deze onderzoekers wel gelijk?
Ruimtevaart slurpt energie Ruimtereizen kosten ontstellend veel energie. Om een voorbeeld te geven: de Apollo-11 missie die de eerste mensen naar de maan bracht, kostte alleen aan brandstof al drie miljoen kilo kerosine, vloeibare zuurstof en waterstof. Alhoewel door bijvoorbeeld gebruik te maken van ruimteliften en zonnezeilen het prijskaartje behoorlijk omlaag kan, blijven de enorme negatieve zwaartekrachtspotentialen van de aarde en de zon energievreters. Ter illustratie: het kost 62 megajoule, dat is zeventien kilowattuur, om een kilogram op het aardoppervlak uit de greep van de aarde te krijgen. Zelfs een Amerikaanse familie doet daar een dag mee (een Nederlandse twee dagen).
Dat is nog weinig vergeleken met wat ontsnappen aan de zon kost: 886 megajoule per kilo vanaf de omloopbaan van de aarde. Ongeveer het daggebruik van eco-goeroe Al Gore. Wel kan energie afgesnoept worden door langs andere planeten te vliegen en slimme ruimtevaarttechneuten doen dat ook om zo hun ruimteverkenners gratis naar de verre, ijzige buitenplaneten te kunnen sturen.
Omdat de afstanden tussen sterren enorm zijn: zelfs het licht doet meer dan vier jaar over de reis naar buurster Alfa Centauri, moeten ruimteschepen zeer snel kunnen reizen, denk aan procenten van de lichtsnelheid. Een ander alternatief is een generatieschip: een enorm ruimtedorp waarin de nakomelingen van de vertrekkende astronauten aankomen bij de buurster. Beide alternatieven vreten uiteraard energie, om even een indruk te geven: willen we een ruimtescheepje met een massa van tien ton (stel je voor dat je daar veertig jaar in moet doorbrengen…) met een tiende van de lichtsnelheid naar Alfa Centauri sturen, dan kost dat evenveel energie als de hele wereld in een jaar verbruikt. Een beetje moeilijk uit te voeren dus als we de verheven klimaatdoelstellingen van voornoemde meneer Gore willen halen. En dan komt het volgende probleem. Afremmen. Dat kost net zo veel brandstof en energie als versnellen.
Een generatieschip is eeuwen onderweg. Generaties worden onderweg geboren en sterven.
Een snel schip kent nog als extra nadeel dat bij snelheden in de buurt van de lichtsnelheid minuscule ruimtestofjes veranderen in dodelijke projectielen, dus moeten zware beschermende schilden mee worden gesleept. We kunnen natuurlijk een langzame robotverkenner sturen. Zo zal over tachtigduizend jaar Pioneer 11 vier lichtjaar hebben overbrugd. Tachtigduizend jaar is alleen wel erg lang. Misschien bestaat de mens dan niet eens meer.
Gezocht: mega-energiebron Kortom: alleen als we onze energieproductie kunnen verveelvoudigen, kunnen we (als we ons braaf aan Einsteins relativiteitstheorie houden, althans) ontsnappen aan het zonnestelsel. De groei van de omvang van onze economie staat ruwweg gelijk aan de groei van het energieverbruik: enkele procenten per jaar. In dat tempo bereiken we Kardashev-I (het punt dat we alle aardse energiebronnen kunnen benutten, denk aan zonnepanelen op iedere vierkante centimeter aarde oid) pas rond 2400. Marc Millis, ex-hoofd van de NASA-denktank voor interstellaire ruimtevaart en oprichter van de Tau Zero Foundation met hetzelfde doel, denkt daarom dat pas over tweehonderd jaar de eerste robots Alfa Centauri bereiken. Pas dan is onze energieproductie duizenden malen groter dan nu en wordt het peanuts om een ruimteschip voldoende te versnellen.
Maar… klopt Millis’ verhaal wel? Millis weet duidelijk waar hij over praat. De man heeft de afgelopen twintig jaar niets anders gedaan dan inventieve manieren bedenken en speculatieve ideeën van anderen beoordeeld om te ontsnappen aan het zonnestelsel. Iedereen kan met middelbare-school natuurkundekennis, op een middelbare-school zakjapannertje narekenen dat de getallen die hij geeft kloppen.
De vraag is alleen of zijn aannames wel kloppen.
Om te beginnen: de grootte. We kunnen nu al met atomen slepen. Over niet al te lange tijd kunnen we in een zeer klein ruimtescheepje van misschien honderd kilo atoom voor atoom alle apparatuur proppen die nodig is om de onderzoeken te verrichten. Versnellen doen we hier op aarde voor een groot deel met een laser zodat er minder brandstof meehoeft: überhaupt is een geladen vortex of soliton die de baan rond het ruimtescheepje schoonveegt nuttig. We kunnen met het ruimteschip een Von Neumann-machine sturen die een stuk ruimtepuin rond Alfa Centauri ombouwt tot redelijk goede waarnemingsapparatuur. Misschien zelfs wel uit bevruchte menselijke eicellen een complete nieuwe menselijke kolonie laat groeien.
Ook is het de vraag of afremmen inderdaad wel zoveel energie kost als Millis denkt. De interstellaire ruimte is gevuld met ijl gas en geladen deeltjes. Schakel een groot magnetisch schepveld in, bijvoorbeeld door op een gegeven moment de wrijving te gebruiken om het schip te laten roteren, en remming is een feit. En heeft Einstein wel het laatste woord over sneller-dan-licht reizen? Ook daar denken sommige theoretisch-fysici heel anders over…
Hoag’s Object, een ring zo groot als een melkwegstelsel, is al meer dan een halve eeuw geleden ontdekt door de Amerikaanse astronoom Art Hoag.
Hoags Object staat zeshonderd miljoen lichtjaar ver weg. Dat wil zeggen dat het licht dat we nu zien is uitgezonden toen hier op aarde de eerste fossielen van meercellige dieren ontstonden. Waar komt deze raadselachtige ring vandaan?
Hoag's Object: een ring van jonge sterren rond een bolvormig melkwegstelsel is nog steeds niet verklaard.
Hoag’s Object bestaat uit een ring met een doorsnede van 120.000 lichtjaar (ons melkwegstelsel is honderdduizend lichtjaar in doorsnede). Merkwaardig aan de ring is dat hij stabiel is en uit jonge, blauwe reuzensterren bestaat. De kern bestaat uit veel oudere, kleinere rode sterren. Ook is de ruimte tussen het elliptische E0 melkwegstelsel in het centrum en de ring vrijwel leeg.
Er zijn meer ringvormige melkwegstelsels bekend. Deze zijn meestal het gevolg van de botsingen van twee andere melkwegstelsels. Opvallend aan dit stelsel is dat de roodverschuiving van de ring exact gelijk is aan de roodverschuiving van de bolvormige sterrenhoop in het centrum. Dat wil zeggen dat ring en bolvormige sterrenhoop bij elkaar horen en in een stabiele configuratie verbonden zijn. Blauwe sterren leven over het algemeen naar astron0mische begrippen kort: enkele tientallen tot honderden miljoenen jaren. Ze moeten dus vrij kort geleden ontstaan zijn.
Volgens een moderne theorie zijn de sterren het gevolg van een botsing tussen een grotere en een kleinere melkweg. De zwaartekrachtseffecten verdichtten het interstellaire stof op de plek waar zich de ring bevindt zo sterk, dat de kritische massa hoog genoeg werd voor de vorming van sterren. De ring moet zich volgens deze theorie snel naar buiten verplaatsen.
Een meer omstreden theorie stelt dat de ring het resultaat is van elektrische stromen op kosmische schaal. Elektrische stromen hebben de neiging samen te trekken. Inderdaad is recent ontdekt dat de helft van alle baryonische materie (d.w.z. materie die, zoals op aarde, uit protonen, neutronen en elektronen bestaat) in het heelal bestaat uit plasmawolken tussen melkwegstelsels. Plasma is een extreem heet mengsel van losgeslagen elektronen en atoomkernen dat (afhankelijk van de dichtheid uiteraard) goed stroom geleidt. Misschien dat er voortdurende verjonging van melkwegstelsels plaatsvindt via deze plasmawolken.
